Estudios Geol., 49: 261-275 (1993)
CONTRIBUCION DE LA MINERALOGIA DE ARCILLAS A LAINTERPRETACION DE LA EVOLUCION PALEOGEOGRAFICA DEL
SECTOR OCCIDENTAL DE LA CUENCA DEL GUADALQUIVIR
E. Galán * y 1. González *
RESUMEN
Los minerales de la arcilla presentes en los materiales terciarios del SO de la Cuencadel Guadalquivir son illita, esmectitas, con elorita y caolinita en menores proporciones. Elestudio de la variación vertical y lateral de las asociaciones mineralógicas ha permitido aportar datos que complementan los ya existentes de tipo estratigráfico o paleontológico. Enconcreto se han correlacionado espacialmente los distintos materiales, y se confirma por mineralogía de arcillas la ruptura sedimentaria propuesta por otros autores dentro de la Formación Arcillas de Gibraleón, también se observa un cambio mineralógico no detectadoanteriormente en el paso de la Formación ArciUas de Gibraleón a la Serie de Transición ola Formación Arenas de Huelva.
Se da una interpretación sobre el medio y condiciones de depósito para los materialesautóctonos y parautóctonos y se propone como área fuente de estos materiales las pizarrasalumínicas y ferromagnesianas del Macizo Ibérico y los materiales triásicos de la CordilleraBética. Por último, se propone un modelo de evolución paleogeográfica de la cuenca.Palabras clave: Mineralogfa de arcillas, Evolución paleogeográfica, Cuenca del Guadalquivir.
ABSTRACT
Marine tertiary materials of the Guadalquivir basin consist of four mayor depositionalsequences of great continuity in the whole basin which are separate by unconformities. Thelower outcroping unit (unit 2) ineludes glauconite-rich sandstones and marly limestones(Fm. Calcarenitas de Niebla, Tortonian-Messinian) and Olisthostromic materials. This unitlies discordantly over the Paleozoic, and was sedimented in a shaUow marine platform. Olisthostromic materials (Mesozoic and Miocene), composed of sand and elayey sand, were deposited during Tortonian-Messinian times. As a consequence of a transgressive pulse, thesedimentation of a thick marly series (Fm. Arcillas de Gibraleón) ofthe Messinian-Low Pliocene age took place. In the last stages of the filling of the basin (Pliocene) a regression began, and sands and silts were deposited (Fm. Arenas de Huelva and Fm. Arenas de Bonares).
Also, and as a final consequence of the regression stage, lacustrine sedimentary deposits (Upper Pliocene) occur at the south of the basin, which are composed of marly limestone and greenish palygorskite and sepiolite marls.
From a mineralogical point of view, autochthonous materials from this marine detritalcarbonate series, are mainly composed of calcite, quartz and phyUosilicates with minor dolomite and feldspars, and secondary gypsum. The elay minerals present are illite and smectite with minor kaolinite and chlorite. The evolution of the elay minerals associations variesfrom bottom to top as foUows: Illite or Clauconite » Smectite > Chlorite/Kaolinite (Fm.Calcarenitas de Niebla); Smectite ~ Illite > Kaolinite (Lower Fm. Arcillas de Gibraleón);Illite > Smectite ~ Kaolinite/Chlorite) (Upper Fm. Arcillas de Gibraleón), and Smectite> Illite > Kaolinite (Fm. Arenas de Huelva y Fm. Arenas de Bonares). This vertical variation confirms a stratigraphical discontinuity (paraconformity) into the Fm. Arcillas de Gibraleón, which was observed by others from stratigraphical and paleontological data, andsupports a new mineralogical change between the Fm. Arcillas de Gibraleón y Fm. Arenasde Huelva.
• Departamento de Cristalografía y Mineralogía. Facultad de Química. Universidad de Sevilla. Apartado 553. 41071 Sevilla.
262 E. GALAN, I. GONZALEZ
Sedimentation of those materials above described took place in a shallow marine environment which was more superficial upward, according to palaeontological data. The illitecrystal-chemistry characteristics, suggest that metamorphic and igneous rocks from theSouth Iberian Massif should be the source area for these sediments.
The mineralogical composition of allochthonous materials are quartz, opal-A and opalCT, phyllosilicates, and calcite. The clayminerals are predominantly smectites and minoramounts of illite and kaolinite. The microfauna associations together with the absence ofdetrital minerals, may support that sedimentation of these materials took place in a rathershallow marine basin « 150 m deepth). The presence of opal A and CT, seem to indicatethat sediments have only undergone an early diagenesis. The source area for these materials could be the Triassic materials of the Betic Cordillera.Key words: Clay minerals, paleogeographic evolution, Guadalquivir Basin, South Spain.
Introducción
El sector occidental de la Cuenca del Guadalquivir (fig. 1) ha sido estudiado en los últimos años pornumerosos autores (Viguier, 1974; Latouche y Viguier, 1976; Portero y Alvaro, 1984; Martínez delOlmo el al., 1984; Civis el al., 1987; Sierro el al.,1990), desde distintos puntos de vista, fundamentalmente sedimentológico, micropaleontológico y estratigráfico, lo que ha dado como resultado una interpretación evolutiva de la cuenca durante el Neógeno, según distintos modelos paleogeográficos.
Sin embargo, hasta el momento no se ha abordado un estudio detallado de la mineralogía de arcillaspara la zona, cuya interpretación aporte datos sobreel medio y condiciones de depósito, y posibles áreasfuente.
El presente trabajo intenta correlacionar espacialmente los distintos materiales de la zona occidentalde la Cuenca del Guadalquivir y aportar datos sobresus condiciones de formación y posibles áreas fuente. También se propone un modelo de evolución paleogeográfica de la cuenca, introduciendo estudios detipo mineralógico (especialmente de mineralogía dearcillas) en la interpretación geológica, como complemento de los criterios estratigráficos y paleontológicos tradicionalmente empleados, así como de lasnuevas tendencias en el análisis de la cuenca (Unidades tectosedimentarias, Martínez del Olmo el al.,1984 y Secuencias deposicionales, Sierro el al., 1990).
Metodología
La caracterización de los materiales de la Cuenca se ha realizado estudiando la composición mineralógica de más de doscientasmuestras.
De forma sistemática la composición mineralógica global se determinó por difracción de rayos-X (método de polvo), cuantificándose las distintas fases cristalinas siguiendo la metodología propuesta por Barahona (1974) basada en los poderes reflectantes delos distintos minerales, según datos propios y los de Schultz (1964).
Con los materiales más compactos (calcarenitas) se prepararonademás láminas delgadas para su posterior estudio al microscopiopetrográfico. En la fracción menor de 2 I-lm se han identificado ycuantificado los minerales de la arcilla, utilizando diagramas deagregado orientado (AO) normal y con distintos tratamientos (etilenglicol, dimetilsulfoxido y calentamiento a 5500 C) (GonzálezGarcía y Sánchez Camazano, 1968, Martín Pozas, 1968).
También se han determinado la cristalinidad de la illita mediante el índice de Kubler (Kubler, 1968) y el índice de Weaver (Weaver, 1960), y el tamaño de partícula según el eje por la ecuaciónde Scherrer (Cullity, 1964). En las muestras con esmectitas se efectuó el test de Green Kelly (1953) y se valoró su cristalinidad porel índice de Biscaye (Biscaye, 1965).
El análisis químico de los elementos mayoritarios se realizó mediante espectrofotometría de absorción atómica, excepto la síliceque se determinó por gravimetría.
El análisis granulométrico se ha efectuado mediante tamizadopara las fracciones gruesas, y en medio acuoso por dispersión derayos-X (Sedigraph) para las menores de 63 I-lm.
En las arenas glauconíticas se realizó una separación por tamaños mediante tamizado y posteriormente las fracciones más ricasen glauconita (500-250 I-lm, 250-129 I-lm, y 129-63 I-lm) se trataroncon un separador magnético para obtener una mayor concentración de glauconita. Los concentrados se caracterizaron por: DRX(polvo), análisis químico y microscopía electrónica de barrido (Galán et al., 1989a).
Los materiales diatomíticos (Olistostroma) se observaron conlupa binocular (100 aumentos) y los más ricos en microfacies seestudiaron por microscopía electrónica para su identificación, determinándose además su composición mineralógica y químicacomo se ha comentado anteriormente (Galán et al., 1989 b).
Materiales
Los materiales que rellenan la parte occidental dela Cuenca del Guadalquivir son fundamentalmenteneógenos (Mioceno-Plioceno) y se distribuyen de unaforma bastante asimétrica condicionados por la disposición morfoestructural del sustrato (fig. 1).
El límite norte de la depresión es muy neto desdeun punto de vista cartográfico, con una direcciónSW-NE, donde se truncan bruscamente las directrices estructurales del Macizo Ibérico (Paleozoico) queconstituye el borde pasivo. El borde sur (activo) marca el límite con las zonas externas de la Cordillera Bética y mantiene a grandes rasgos la dirección SW-NE
MINERALOGIA DE ARCILLAS EN LA INTERPRETACION DE LA EVOLUCION PALEOGEOGRAFICA 263
~.·· .....iM
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o 10 20
OCEANOATLANTICO
30 Km
o CUATERNARIO
~ MIOCENO· PLIOCENO
§ OLIGOCENO - MIOCENO (Moronitas)
~ MESOZOICO - CENOZOICO INFERIOR
Ed PALEOZOICO
S = SEVILLA
H = HUELVA
e = CADIZ
M .= MADRID
Fig. L-Situación geológica y localización de los perfiles estudiados.
propia de esta cordillera alpina, aunque con unoscontactos menos netos que en el caso anterior.
Estos materiales terciarios son de origen marino,excepto en el área de Lebrija (Sevilla) donde existendepósitos continentales.
Los sedimentos marinos estudiados pueden subdividirse según su emplazamiento en dos grupos:a) Materiales autóctonos, formados en la propiacuenca de sedimentación y que no han sufrido ningún tipo de desplazamiento y b) Materiales parautóctonos, procedentes de áreas próximas y que hanllegado a la cuenca mediante traslaciones.
Los primeros son abundantes en los sectores másseptentrionales de la depresión y los últimos en losmeridionales.
Materiales autóctonos: Están bien representados enlas provincias de Huelva, Sevilla y Cádiz. Para el estudio detallado de estos sedimentos se han realizado30 columnas litoestratigráficas cuya situación se da
en la figura 1, Y posteriormente se sintetizaron encuatro perfiles tipo (fig. 2). La litología de las distintas formaciones de muro a techo es la siguiente:
a) Formaciones detrítico-carbonatadas(Mioceno superior)
Se inician con niveles conglomeráticos discontinuos de escaso espesor « 2m) que se disponen deforma erosiva sobre el zócalo paleozoico. Sobre ellosse encuentran depósitos de calcarenitas y hacia techoaparecen niveles de arenas fosilíferas de potencia reducida « 10m), en las que es frecuente la existenciade restos de bioturbación y presencia de horizontesglauconíticos (Galán et al., 1989 a). Estas arenas pasan gradualmente a limos y margas limosas (fig. 2a).
Las variaciones laterales de facies son muy frecuentes en este tramo. En la zona de Huelva se handenominado como Formación Calcarenitas de Niebla(Civis et al., 1987).
~ yesos El arena gruesa..~
calizas [3J arena finamargosas
0 Edmargas' ... calcarenitas
~ limos ~ conglomerados ~ PALEOZOICO~I>
264
220m
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E. GALAN, I. GONZALEZ
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Fig, 2.-Perfiles litoestratigráficos tipo de: a) zona de Huelva, b) zona de Sevilla (MD = margen derecha del Guadalquivir, MI = margen izquierda del Guadalquivir), ye) zona de Cádiz. FC = Formación calcarenitas de Niebla, FAG = Formación arcillas de Gibraleón, FE = Formación Ecija, ST = Serie de Transición, FA = Formación arenas de Huelva, FG = Formación Guadaira, V = Margas
verdes, FB = Formación arenas de Bonares.
b) Formaciones margo-arcillosas(Mioceno superior-Plioceno)
Afloran ampliamente en toda la depresión y aumentan considerablemente de potencia hacia el sur.En superficie raramente superan los 60 m, pero pordatos de sondeos se sabe que llegan a tener potencias de 2.000 m en algunas zonas. La litología es demargas arcillosas con intercalaciones limosas, ricas enmicrofauna lo que ha permitido establecer buenas dataciones. En los tramos superiores existen niveles conglauconita de hasta 2 m en algunos sectores de lazona oeste (Galán el al., 1989 a). Estos materiales sehan definido como Formación Arcillas de Gibraleón(Huelva) por Civis el al., 1987 o Formación Ecija (Sevilla) (Verdenius, 1970) (fig. 2b).
c) Formaciones arenosas más o menos limosas(Plioceno inferior)
Están constituidas por limos y arenas muy ricos enmacrofauna, especialmente en las provincias deHuelva y Cádiz, que se disponen sobre las margasmediante tránsitos graduales (alternancia de margasy limos) en el área de Sevilla (Serie de Transición),o superficies de paraconformidad marcadas en algunos casos por horizontes glauconíticos en la zona deHuelva. Su potencia no supera los treinta metros. Sehan denominado como Arenas de Huelva (Civis elal., 1987) en función de la litología dominante.
Estos depósitos pasan lateralmente y/o a techo enlos alrededores de Sevilla y en la provincia de Cádiz(Arcos de la Frontera) a otros de carácter detrítico-
MINERALOGIA DE ARCILLAS EN LA INTERPRETACION DE LA EVOLUCION PALEOGEOGRAFICA 265
20m - - - -- - - _~
c.b
~ feldespatos + dolomita
CJ filosilicatos
E;] ópalo A y CT .. clorita +caolinita
~ cuarzo CJ esmectitas
~ calcita illl1lll1I] illita
O 100% O 100%r------,
a
- A - Fl--_C?-_-e.f'__
margas
nódulos de sílex
calizas margosas
diatomitas
...~r:===:=Jl::=:::=J
EJ······:: :.:..:::
Fig. 3.-Perfiles tipo representativos de los materiales del Olistostroma: a) litoestratigráfico, b) composición mineralógica global ye) composición mineralógica de la fracción menor de 2 Ilm.
carbonatado (Calcarenitas), cuya potencia oscila entre los 60 m en Sevilla (fig. 2b) y los 100 m de Cádiz(fig. 2c). Se han denominado como Formación Guadaira. A techo de las calcarenitas y exclusivamenteen la zona de Sevilla se han diferenciado unas margas verdes de menos de 10 m de potencia (González, 1986).
han definido como Formación Arenas de Bonarespara la zona de Huelva (Mayoral y Pendón,1986-1987) y como Arenas basales en la de Sevilla(IGME 1975). Posiblemente estos niveles, aún sindatar, se corresponden con otros similares de edadPleistoceno de la Bahía de Cádiz (Zazo, 1980).
d) Formaciones detríticas pliocenas
Se disponen normalmente de forma erosiva sobrelos tramos anteriores y están constituidas por arenasgruesas rojo-amarillentas. En las zonas de Huelva ySevilla pasan gradualmente a niveles de arenas gruesas, conglomerados y/o gravas, mientras que en la deCádiz lo hacen a calizas areniscosas o areniscas. Se
Materiales Parautóctonos: Este conjunto litológicotiene una amplia extensión en el SW de la Depresión, y se ha denominado localmente como «Moronitas» o «Albarizas». Está formado por margas blancas estratificadas, donde se intercalan niveles con altocontenido en diatomeas y otros organismos silíceos(radiolarios, espículas de esponjas, y silicoflagelados). La edad de estos materiales varía desde el Oligoceno al Mioceno medio-superior. Los mejores
266
NW SE
E. GALAN, 1. GONZALEZ
r---------=·----,o 20 KM
Fig. 4.-Unidades tectosedimentarias aflorantes en la Cuenca delGuadalquivir (según Martínez del Olmo el al., 1984).
afloramientos se encuentran en la zona de Sanlúcarde Barrameda (fig. 3) Y se han datado como Tortoniense por Curto y Matías (1990).
La aplicación en el análisis de cuencas de las unidades tectosedimentarias (U.T.S.) propuestas porMitchum, et al. (1977) y Garrido (1982) permite queMartínez del Olmo et al. (1984) den un nuevo modelo para la Cuenca del Guadalquivir, identificandocuatro volúmenes principales de sedimentos o Unidades Tectosedimentarias (UTS), separadas por discontinuidades visibles por sísmica de reflexión(fig. 4).
Estas unidades tienen la ventaja de homogeneizarla terminología existente en la Cuenca para las distintas formaciones y simplificar el esquema general,ya que comprenden grandes volúmenes de materiales diferenciados por discordancias.
La litología de la UTS 1 (Langhiense-Serravaliense) es de calizas y margas en el sector interno y areniscas glauconíticas en el externo. Esta unidad noaflora en la cuenca y se ha diferenciado por datos desondeos.
La UTS2 (Tortoniense-Messiniense) está constituida por limolitas, arcillas, arenas y calcarenitas, juntocon materiales mesozoicos y miocenos correspondientes al olistostroma. Según el esquema clásico dela cuenca incluiría las Formaciones detrítico-carbonatadas de borde (Fm. Calcarenitas de Niebla) y parcialmente las formaciones margo-arcillosas (Fm. Ecija o Fm. Arcillas de Gibraleón), y los materiales parautóctonos del Olistostroma.
La UTS 3 (Messiniense-Plioceno inferior) está formada por margas, arcillas, arenas de formas planares y calcarenitas. Comprende parcialmente la formación margo-arcillosa (Fm. Arcillas de Gibraleón oFm. Ecija), las limo arenosas (Serie de Transición yArenas de Huelva) y la Fm. Guadaira (calcarenitas).
La UTS 4 está constituida por arcillas, arenas y limolitas, y sería equivalente a las formaciones detríticas pliocenas (Arenas de Bonares).
Más recientemente Sierro et al. (1990) proponencinco secuencias deposicionales para la Cuenca del
'12ma
34
33
32 1
SABIOTE
A
a = Ciclos del nivel global del mar propuestos por Haq (1987).
ma = Millones de años.
Fig. 5.-Correlación de las secuencias deposicionales diferenciadas en la Cuenca del Guadalquivir y los Ciclos del Nivel Globaldel Mar propuestos por Haq el al. (1987) según Sierro el al. (1990).
Guadalquivir (fig. 5). En la zona occidental sólo estarían representadas tres de ellas, C, D, y E, que secorresponderían parcialmente con las UTS 2, 3 Y4.
Un esquema aproximado de correlación entre lasformaciones definidas clásicamente y las nuevas tendencias (UTS y Secuencias Deposicionales) se da enla figura 6. Como se puede observar en estos nuevosmodelos la formación de arcillas y margas (Fm. Arcillas de Gibraleón o Fm. Ecija) quedaría divididaentre las UTS 2 y 3, Ylas secuencias C y D, lo queapoya la ruptura sedimentaria propuesta por Viguieren 1974 para esta formación.
Los sedimentos continentales (Plioceno superior)afloran en la zona de Lebrija en el límite de las provincias de Sevilla y Cádiz, y están constituidos por calizas silicificadas en la base que a techo pasan a calizas margosas, margas y arcillas donde se intercalanniveles con palygorskita y sepiolita (fig. 7).
Se han distinguido dos unidades claramente diferenciadas una inferior margoso-carbonatada y otrasuperior palygorskitica. En el contacto con el Plioceno marino se reconoce la presencia de un paleosuelo. La potencia total estimada es de 45 m (Galán yFerrero, 1982).
Características de los materiales
Sedimentos marinos Mio-Pliocenos
En las formaciones estudiadas se observan grandesvariaciones granulométricas en función de su litología (tabla 1). En general existe un aumento del tamaño medio hacia techo de las series, exceptuandoel caso de las margas verdes del área de Sevilla.
MINERALOGIA DE ARCILLAS EN LA INTERPRETACION DE LA EVOLUCION PALEOGEOGRAFICA 267
Formaciones UTS Secuenciasdeposicionales
Tabla l.-Distribución del tamaño de partícula de los materialesestudiados
Olistostroma ?
Fm. Calcarenitas de Niebla UTS 2 CFm. Ecija o Fm. Arcillas Gibraleón
Serie de TransiciónFm. Arenas de Huelva o Fm. Gua-
daira o Calcarenitas UTS 3 DMargas verdes
Arenas basales o Fm. Arenas de Bo-nares UTS 4 E
Fig. 6.-Esquema de correlación de los materiales terciarios según formaciones, unidades tectosedimentarias y secuencias deposi
cionales.
Desde un punto de vista granulométrico se trata demateriales limo arcillosos, excepto en las formaciones arenosas (Fm. Arenas de Huelva y Fm. Arenasde Bonares) que son claramente areno-limosos o arenosos.
El estudio microscópico de las calcarenitas ha permitido diferenciar dos tipos: biocalcarenitas esparíticas y calcarenitas bioesparíticas. En general, hay unagran hetereometría de granos, alto contenido en microfacies bentónicas y una fracturación muy abundante.
La composición mineralógica global de los depósitos autóctonos (UTS 2, 3 Y4, Secuencias C, D y E)(tabla 2) es de cuarzo, filosilicatos, y calcita como minerales mayoritarios aunque en proporciones variables según las formaciones (fig. 8). Los feldespatosestán presentes en pequeñas cantidades y aumentanhacia techo de las series en las áreas de Sevilla y Cádiz. La dolomita se mantiene constante y en pequeños porcentajes en la zona de Sevilla, y el yeso estápresente exclusivamente en la Fm. Ecija (fig. 8).
Los amplios rangos de variación de los mineralesmayoritarios de la Fm. Arenas de Huelva (UTS 3) están condicionados por los cambios laterales de faciescomentados, ya que en las zonas de Sevilla y Cádizes predominantemente carbonatada y en la zona deHuelva predominan el cuarzo y los feldespatos. Enel resto de las formaciones la composición mineralógica global es más homogénea, exceptuando la Fm.Calcarenitas de Niebla, que evoluciona verticalmente hacia sedimentos arenosos, lo que hace que en ellase obsefven amplios rangos de variación.
En los sedimentos parautóctonos (UTS 2, ülistostroma) se han podido diferenciar dos asociacionesmineralógicas (tabla 2) una con ópalo A y CT mayoritarios que caracterizan los materiales silíceos y otracon altos porcentajes en filosilicatos y carbonatos(materiales margosos) (fig. 3).
N.O Rango Rango Rango
muestras> 63 f.lm 63-2 f.lm <2 f.lm
UTS % % %
UTS 2 Olistostroma 25 4-15 29-52 30-46
Fm. Ecija 88 5-20 30-58 39-68Serie de transición 22 7-38 24-53 27-49
UTS 3 Fm. Arenas deHuelva 20 10-76 14-52 10-38
Margas verdes 15 12-28 20-50 26-51
UTS4 Fm. Arenas deBonares 10 33-75 7-50 16-22
Las diferencias mineralógicas comentadas anteriormente quedan también reflejadas en los resultados del análisis químico (tabla 3). Se observan dosgrupos para la Fm. Arenas de Huelva, uno con altoporcentaje en sílice y bajo en calcio (muestras arenosas) y otro con alto contenido en calcio y pobre ensílice (calcarenitas). En el caso de la Fm. Calcarenitas de Niebla (UTS 2) se ha dado un análisis representativo de las arenas glauconíticas donde se pueden observar los altos contenidos en hierro y potasio.
En los materiales parautóctonos se han representado el análisis químico de las muestras diatomíticasy el de las muestras margosas, debido a las grandesdiferencias de composición existentes.
La composición mineralógica de la fracción menorde 2 !lm, es de esmectitas (tipo beidellita) e illita, conporcentajes menores de clorita, caolinita e interestratificados illita --esmectita (tabla 4).
Para los materiales autóctonos que constituyen laUTS 2, se observa una variación en la mineralogíade borde a centro de cuenca. La Fm. Calcarenitas deNiebla es predominantemente illítica (fig. 9) con niveles ricos en pellets glauconíticos y la Fm. Ecija(centro de cuenca) es mayoritariamente esmectítica,especialmente en la zona de Cádiz (fig. 9) próximaal borde activo (Cordillera Bética).
Hacia techo de la Fm. Ecija (comienzo de la UTS3) existe un cambio en la composición mineralógicade la fracción arcilla, aumenta el contenido en illitay aparece la clorita en esta formación. La discontinuidad comentada para esta formación tanto por Viguier (1974), o teniendo en cuenta las secuencias deposicionales, y las UTS, se vuelve a poner de manifiesto por los datos de mineralogía de arcillas.
En la Serie de Transición (UTS 3) representadasólo en el área de Sevilla, existe un aumento del contenido en esmectita, decrece el de illita y caolinita ydesaparece la clorita. En la Fm. Arenas de Huelva
268 E. GALAN, 1. GONZALEZ
Po Sp 1 Sm Co Q
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o suelo BJ calizas margosas..... . -
~ calizas nodulares E53 calizas
111 arcillas con Pa 111 tierra del vino
rn ~-:,...:..- margas con Pa calizas con sílex
O ~sílex/Sp-Paldiatomitas
arenas arcillosas paleosuelo
8 calizas arenosas
Fig. 7.-Perfiles representativos de los depósitos continentales del Plioceno. Pa = palygorskita, Sp = sepiolita,1 = illita, Sm = esmecitas, Ca = calcita, Q = cuarzo.
MINERALOGIA DE ARCILLAS EN LA INTERPRETACION DE LA EVOLUCION PALEOGEOGRAFICA 269
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Fig. 8.-Perfiles mineralógicos representativos: a) zona de Huelva, b) zona de Sevilla (MD = Margen derecha y MI = Margen izquierda) y c) zona de Cádiz.
Tabla 2.---Composición mineralógica global de los materiales
UTS2
UTS 3
UTS 4
Oüstostroma (25)
Fm. Calcarenitas de Niebla (10)
Fm. Ecija (88)Serie de transición (22)Fm. Arenas de Huelva (30)Margas verdes (15)
Fm. Arenas de Donares (10)
Margas: Q «15 %) - C (20-55 %) - F (10-45 %) - Fd, O-A, O-CT «10 %)Diatomitas: Q «10 %) - C (20 %) - F (5-20 %) - O-A YO-CT (65 %)Q (30-35 %) - F (25-35 %) - C (20-23 %) - Fd (15-20 %) - D «10 %)
Q (15-18 %) - F (45-55 %) - C (20-22 %) - Fd «5 %) - D «5 %) - G «5 %)Q (12-36 %) - F (20-60 %) - C (16-37 %) - Fd «8 %) - D (4-16 %)Q (14-60 %) - F (12-24 %) - C (28-86 %) - Fd «5 %) - D «5 %)Q (12-28 %) - F (25-47 %) - C (21-40 %) - Fd «10 %) - D «9 %)
Q (54-71 %) - F (11-20 %) - C (5-15 %) - Fd (12-18 %)
Q = Cuarzo; C = Calcita; F = Filosilicatos; Fd = Feldespato; D = Dolomita; G = Yeso; O-A = Opalo A; O-Cf = Opalo Cf. ( ) N.o de muestras porformación.
270
Tabla 3.-Análisis químico de los diferentes materiales estudiados
E. GALAN, I. GONZALEZ
SiOz FezO, CaO MgO TiOz NazO KzO P.C.
UTS2 Olistostroma (1) 68,9 3,7 9,9 5,5 0,5 tr 0,4 0,6 9,9(2) 39,9 5,8 2,0 19,4 1,7 tr 2,8 0,9 25,9
Fm. Calcarenitas de Nie-bla •• 48,7 5,1 25,8 1,2 4,3 tr 0,4 7,8 7,2
Fm. Ecija 50,1 10,2 4,2 14,4 2,0 0,7 0,4 1,7 15,4Serie de transición 51,6 8,2 3,3 14,9 2,1 0,6 0,3 1,6 15,9
UTS 3 Fm. Arenas de Huelva52,4 6,0 2,2 17,7 1,5 0,5 0,3 1,2 16,830,2 • 1,3 • 3,7 • 31,2 • 0,3 • 0,1 • tr • 0,3 • 31,3 •
Margas verdes 53,5 6,8 2,1 16,0 2,0 0,4 0,3 1,5 16,7
UTS 4 Fm. Arenas de Bonares 61,4 6,8 2,6 10,3 0,5 0,5 0,2 1,3 13,3
(1) Muestras diatomíticas y (2) Muestras margosas.• Calcarenitas.
•• Muestras glauconíticas.
Tabla 4.--composición mineralógica de la fracción < 21lm
UTS 2
UTS 3
UTS4
Olistostroma:Fm. Calcarenitas de Niebla:
Fm. Ecija:
Serie de transición:Fm. Arenas de Huelva:Margas verdes:
Fm. Arenas de Bonares:
Ilita (7-18 %) - Esmectita (71-84 %) - Clorita + Caolinita (4-11 %)llita o Glauconita (30-68 %) - Esmectita (10-26 %) - Gorita + Caolinita (10-15 %)
(1) Ilita (40-54 %) - Esmectita (25-30%) - Clorita «6 %) - Caolinita (8-12 %)(2) Bita (30-38 %) - Esmectita (46-56 %) - Caolinita (4-18 %)Ilita (28-40 %) - Esmectita (45-58 %) - Caolinita «10 %)Ilita (26-38 %) - Esmectita (50-58 %) - Caolinita «10 %)Ilita (22-46 %) - Esmectita (41-75 %) - Caolinita «5 %)
Bita (40-60 %) - Esmectita (22-30 %) - Caolinita (18-24 %)
(1) Nivel alto.(2) Nivel medio.
(UTS 3) sigue el aumento de las esmectitas en detrimento de la illita, especialmente en el borde SE dela depresión. En el paso de esta formación a las Margas Verdes (presentes solamente en la parte centralde la cuenca), disminuye el contenido en caolinita yse mantiene el aumento de las esmectitas.
La mineralogía de la UTS 4 (Arenas de Bonares)marca un nuevo cambio en la evolución de la cuencaaumentando la illita y caolinita, y disminuyendo la esmectita (fig. 9).
La variación de los parámetros cristaloquímicos deillita y esmectitas se puede observar en la tabla 5.Para los materiales autóctonos hay un aumento de lacristalinidad de la esmectita de muro a techo. En laUTS 2 se observa un aumento de la cristalinidad(0,58-0,64) de borde a centro de la cuenca (Fm. Calcarenitas de Niebla a Fm. Ecija) y hacia techo.
Hay una cierta tendencia de aumento de la cristalinidad de la illita de muro a techo excepto en la Fm.
Arenas de Huelva que tiene valores del IK = 8 eIW = 2,7, este hecho puede ser debido a la presencia de glauconita. Las illitas presentes en estos materiales son de pequeño tamaño de partícula (tabla 5).
En los materiales del olistostroma sólo se ha evaluado la cristalinidad (LB. = 0,80) Ytipo de esmectitas (beidellita) debido a que, las bajas proporciones de Hlita no han permitido determinar sus parámetros cristaloquímicos.
Materiales terciarios continentales
La unidad inferior de estos materiales (niveles calcáreo-margosos) tiene un contenido relativamentealto en calcita (40-70 %), cuarzo (10 %) Y proporciones menor'es de sepiolita y palygorskita (fig. 7).
El nivel de palygorskita, consiste en una alternan-
MINERALOGIA DE ARCILLAS EN LA INTERPRETACION DE LA EVOLUCION PALEOGEOGRAFICA 271
0%
e
1:>1-
f=~
E~
J
o
-.~.~.
~.
FB
0%
D esmectitas
mIlI] illita
MI
o 1:>1
....
t 1","'-.~:---,~......
"-
FE
LMD
b
~ caolinita
11 clorita +caolinita
~ glauconita
FAG
'. '.
Fig. 9.-Variación vertical de los minerales de la arcilla en los perfiles estudiados: a) zona de Huelva, b) zona de Sevilla (MD = Margen derecha y MI = Margen izquierda), yc) zona de Cádiz.
Tabla S.-Valores medios de los parámetros cristaloquímicos
LK.mm LW. <!lÁ LB.
UTS 4 Fm. Arenas de Bonares 7,0 3,4 112 0,89
Margas verdes 7,3 3,2 115 0,78Fm. Arenas de Huelva 8,0 2,7 105 0,76
UTS 3 Serie de Transición 7,2 3,1 120 0,74
Fm. Ecija 7,4 2,9 115 0,70 nivel alto7,1 2,3 221 0,64 nivel medio
UTS 2 Fm. Calcarenitas de Niebla 7,9 2,6 267 0,58
LK. = Indice de Kubler; LW. = Indice de Weaver; <!l = Tamaño de cristalito, LB. = Indice de Biscaye.
272
cia de margas, arcillas y calizas. La mineralogía de arcillas es de palygorskita + illita. Localmente se pueden presentar sepiolita y esmectitas en bajas proporciones. La palygorskita varía de un 35-75 % en las arcillas y margas, yen las calizas está presente en contenidos de un 5 %. La illita es más abundante en losniveles arcillosos (> 40 %), y el cuarzo se mantieneconstante alrededor de un 10 %.
El Paleosuelo localizado en la base de este Plioceno continental, tiene altos porcentajes de palygorskita y óxidos de hierro y bajos en minerales carbonatados.
Aspectos paleontológicos
Materiales parautóctonos
Tienen gran abundancia de organismos epi y mesoplanctónicos (foraminíferos, radiolarios, diatomeascéntricas, silicoflagelados y nannoplancton calcáreo)de plataforma abierta. También existen organismosbentónicos (diatomeas pennales, foraminíferos, espículas silíceas de esponjas, radiolas de equínidos, ydientes de peces actinopterigios) (Galán et al., 1989b).
E. GALAN, I. GONZALEZ
Materiales autóctonos
Se han identificado asociaciones de foraminíferosplanctónicos que indican una edad desde el Miocenosuperior al Plioceno. Las microfacies bentónicas(Ammonia, Florilus, Lenticulina, Cibicides, Marginulina, Nodosaria, etc.), indican unas condiciones desedimentación marinas. Las asociaciones de macrofauna existentes son gasterópodos, bivalvos, equinoideos y peces.
La Fm. Ecija, Serie de Transición y Fm. Arenasde Huelva, contienen en algunos niveles abundanteshuellas de actividad de crustáceos (Ophiomorpha nodoa, Gyrolites sp., y Thalassinoides) (Mayoral,1986). En el resto de las formaciones esta actividades bastante menor.
La asociación de fauna de los materiales del Plioceno continental, indican claramente una sedimentación lacustre con oogonios de Characeas, Ostracodosy gasterópodos continentales (Galán y Ferrero,1982).
Discusión y conclusiones
El estudio de las asociaciones mineralógicas de lasdistintas UTS y Formaciones (tabla 6) ha permitidorealizar una correlación espacial entre las distintas
Tabla 6.-Asociaciones mineralógicas de los materiales estudiados
UTS 2
UTS3
UTS 4
Borde activo (SE)Olistostroma
Borde pasivo (NO)Fm. Calcarenitas de Niebla
Centro de CuencaFm. Ecija (nivel medio)
Fm. Ecija (nivel superior)
Serie de Transición
Fm. Arenas de Huelva o Fm. Guadaira
Margas Verdes
Fm. Arenas de Bonares
Plioceno Continental
Calcita;;;. filosilicatos > cuarzo> feldespatosEsmectitas » iIlita > clorita + caolinita
Calcita » cuarzo » filosilicatos > feldespatos> dolomitaIIlita o glauconita » esmectitas > clorita + caolinita
Filosilicatos > calcita> cuarzo> feldespatos> dolomita> yesoEsmectita > iIlita > caolinita
Filosilicatos > calcita> cuarzo> feldespatos> dolomita> yesoIIlita > esmectitas > caolinita + cloritaFilosilicatos > calcita ;;;. cuarzo > feldespato > dolomitaEsmectitas > illita > caolinita
Calcita o cuarzo> filosilicatos > feldespatos> dolomitaEsmectita > iIlita > caolinitaFilosilicatos ;;;. calcita> cuarzo> feldespato> dolomitaEsmectitas ;;;. iIlita > caolinita
Cuarzo> filosilicatos > feldespatos> calcitaIIlita > esmectitas > caolinitaCalcita ;;;. filosilicatos > cuarzoPalygorskita ;;;. sepiolita > illita
MINERALOGIA DE ARCILLAS EN LA INTERPRETACION DE LA EVOLUCION PALEOGEOGRAFICA 273
AREA DE CADlZ AREA DE HUELVA AREA DE SEVILLA
Sanlúcar
I
1- ~I-=- O :-..:..:....:, I
I
Arcos·Domos
FB
FA
FE
Sevilla-Carmona LebrijaU.T.S.
4
3
2
~ ~ ~ [] ~ CalizasMargas Diatomitas Margas arenosas Calcarenita O Arenas Limos~ :.t:... ...
IDIIII IIlita D Esmectitas ~ Caolinita • Clorita+caolinita ~ Glauconita ~ Palygorski ~ Sepiolita
Fig. lO.-Esquema de correlación de los materiales terciarios en función de la mineralogía de arcillas.
formaciones y observar la evolución mineralógicavertical.
Los cambios laterales existentes en la UTS 2 estáncondicionadas por la litología de las formaciones, ysu posición en la cuenca, que es central para la Fm.Ecija y de borde activo o pasivo para el ülistostroma y la Fm. Calcarenita de Niebla respectivamente.La variación vertical para esta unidad es casi inexistente. En el paso de la UTS 2 a la UTS 3 se produceun cambio en la mineralogía de arcillas (fig. 10), aumenta el contenido en illita y aparece la clorita.
En la UTS 3, existen variaciones laterales de mineralogía global bastante grandes, condicionadas porlos cambios de litología. La variación vertical de losminerales de la arcilla se produce en el paso de laFm. Ecija a la Serie de transición (o a la Fm. Arenasde Huelva) con un aumento de esmectitas, disminución del porcentaje en illita y desaparición de la clorita. En el paso de esta unidad a la UTS 4 se produ-
ce un cambio vertical en la mineralogía global (condicionado por litología) y también existe una variación de la mineralogía de arcillas (fig. 10) con un aumento del contenido en illita y caolinita.
Si comparamos esta evolución de la mineralogía dearcillas con los modelos de secuencias deposicionalesy UTS, observamos que concuerdan a gran escala,solamente se observaría un cambio mineralógico nodetectado anteriormente, en el paso de la Fm. Ecijaa la Serie de Transición y/o a la Fm. Arenas deHuelva.
Los datos mineralógicos y paleontológicos, permiten dar una interpretación sobre la génesis y condiciones de depósito de los sedimentos marinos, y obtener información sobre posibles área fuente.
Los materiales del olistostroma se sedimentaron enuna cuenca marina abierta, poco profunda« 150 m), de aguas cálidas (250 C), limpias y bienoxigenadas, donde existía una alta producción orgá-
274
nica y buenas condiciones para la preservación engrandes cantidades de esqueletos silíceos. Galán etal., 1988 b YSierro et al., 1989, sugieren la existencia de corrientes más frías procedentes del océanoAtlántico ricas en plancton marino.
En función de la mineralogía, presencia de ópaloA y ópalo CT, abundancia de esmectitas de buenacristalinidad, así como la alta porosidad de los materiales se puede deducir que estos sedimentos corresponden a una etapa de diagénesis temprana (Aoyagui y Kamaza, 1980).
Los materiales autóctonos tienen un origen detrítico (excepto los carbonatos que son de origen químico o bioquímico) y su sedimentación tuvo lugar enuna cuenca marina abierta.
La asociación de los minerales de la arcilla permite interpretar que el área fuente para los materialesde la zona N (provincias de Sevilla y Huelva) seríael macizo Ibérico, constituido por pizarras alumínicas y ferro-magnesianas) y rocas metamórficas (González, 1986). Los sedimentos de la zona sur (área deArcos-Bornos) tendrían como posible área fuente losmateriales triásicos de la Cordillera Bética.
Se puede suponer que en el área fuente, duranteel Mioceno superior-Plioceno inferior, hubo unascondiciones climáticas templadas con contrastes estacionales donde la estación árida sería prolongada.Este hecho condicionó la degradación de micas y laformación de esmectitas por transformación, la destrucción de la clorita y la permanencia de la caolinita.
Cuando se cambian bruscamente las condicionesclimáticas estos materiales del área fuente se erosionan y producen aportes detríticos que van rellenando la Cuenca del Guadalquivir (cuarzo, feldespatos,illita por degradación de micas, esmectitas por transformación, caolinita, sílice y geles de hierro.
El esquema de sedimentación que se propone apartir de todos estos datos sería el siguiente:
La serie se inicia con los depósitos de calcarenitasdel borde N (Fm. Calcarenitas de Niebla), en un medio marino muy somero de alta energía y con granabundancia de aportes detríticos. Posteriormente,tiene lugar la sedimentación de detríticos más finos(arenas) lo que indicaría mayor profundidad y estabilidad de la cuenca (evidenciado además por la presencia de glauconita). Sierro et al. (1990) dan unaedad de 6,6 m.a. para el inicio de la sedimentaciónde las calcarenitas.
A finales del Tortoniense e inicio del Messiniense,tiene lugar una transgresión generalizada y se iniciala sedimentación de las arcillas y margas (Fm. Ecija), sobre una plataforma marina abierta, más somera hacia techo. En los términos más altos se registrannuevamente aportes detríticos (aumento del contenido en illita y aparición de clorita). En algunos sectores (área de Sevilla) se ha diferenciado una facies de
E. GALAN, I. GONZALEZ
Transición que indicaría una clara regresión. Estosmateriales se sedimentaron en una zona sublitoral(presencia de bioturbación) de 20-50 m de profundidad (Mayoral y González, 1987).
Por el contrario, en la zona W (área de Huelva)existe un cambio neto a una sedimentación detrítica(Fm. Arenas de Huelva), que tiene facies de glauconita y marca el inicio de una profundización de lacuenca (presencia de Neopycnodonte) y restos devertebrados marinos, así como una intensa bioturbación, que indicaría unas condiciones medioambientales estables y con baja tasa de sedimentación (Galánet al., 1989 a).
Las calcarenitas correlacionadas espacial y temporalmente con la Fm. Arenas de Huelva, se presentancomo sedimentos de alta energía en un medio más somero sobre un substrato plástico móvil (Olistostroma amargas) que condicionan la presencia de cuencas pequeñas y aisladas donde tendría lugar la sedimentación de las Margas Verdes en la zona de Sevilla.
Por último tiene lugar una sedimentación detrítica, con altos contenidos en illita, en el Plioceno medio (Fm. Arenas de Bonares) en condiciones de mayor energía que indicaría un medio cada vez más somero. La sedimentación de estos materiales se interpreta como una ruptura en el equilibrio climático hacia condiciones de mayor aridez. La tendencia regresiva se mantiene sin interrupción en los sedimentosterciarios.
Los materiales continentales se depositan en unmedio lacustre perimarino (oogonios de characeas,ostrácodos y gasterópodos). La existencia de una estabilidad tectónica y condiciones climáticas áridas favorece la formación de sepiolita y palygorskita, estaúltima por alteración (transformación de illita conaguas ricas en magnesio y sílice, Galán y Ferrero,1982).
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